Questo articolo è un guest post di Anna Ho, che sta attualmente facendo ricerche sulle stelle della Via Lattea attraverso una borsa di studio Fulbright di un anno presso il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, Germania.
Nella Via Lattea, ogni anno nascono in media sette nuove stelle. Nella lontana galassia GN20, ogni anno nascono una media sorprendente di 1.850 nuove stelle. "Come," potresti chiedere, indignato per conto della nostra casa galattica, "GN20 gestisce 1.850 nuove stelle nel tempo impiegato dalla Via Lattea per farne una?"
Per rispondere a questo, idealmente daremmo uno sguardo dettagliato ai vivai stellari in GN20, e uno sguardo dettagliato ai vivai stellari nella Via Lattea, e vedremo cosa rende il primo molto più produttivo del secondo.
Ma GN20 è semplicemente troppo lontano per uno sguardo dettagliato.
Questa galassia è così distante che la sua luce ha impiegato dodici miliardi di anni per raggiungere i nostri telescopi. Per riferimento, la Terra stessa ha solo 4,5 miliardi di anni e si pensa che l'universo stesso abbia circa 14 miliardi di anni. Poiché la luce impiega tempo per viaggiare, guardare attraverso lo spazio significa guardare indietro nel tempo, quindi GN20 non è solo una galassia distante, ma anche molto antica. E, fino a poco tempo fa, la visione degli astronomi di queste lontane e antiche galassie è stata sfocata.
Considera cosa succede quando tenti di caricare un video con una connessione Internet lenta o quando scarichi un'immagine a bassa risoluzione e la allunghi. L'immagine è pixelata. Quello che una volta era il viso di una persona diventa pochi quadrati: un paio di quadrati marroni per capelli, un paio di quadrati rosa per il viso. L'immagine a bassa definizione rende impossibile vedere i dettagli: gli occhi, il naso, l'espressione facciale.
Una faccia ha molti dettagli e una galassia ha molti vivai stellari vari. Ma la scarsa risoluzione, semplicemente perché le antiche galassie come GN20 sono separate dai nostri telescopi da vaste distanze cosmiche, ha costretto gli astronomi a confondere tutte queste ricche informazioni in un unico punto.
La situazione è completamente diversa qui a casa nella Via Lattea. Gli astronomi sono stati in grado di scrutare in profondità nei vivai stellari e assistere alla nascita stellare con dettagli sbalorditivi. Nel 2006, il telescopio spaziale Hubble ha realizzato questo colpo d'azione senza precedenti di nascita stellare nel cuore della Nebulosa di Orione, uno dei vivai stellari più famosi della Via Lattea:
Ci sono oltre 3.000 stelle in questa immagine: i punti luminosi sono stelle appena nate che sono emerse di recente dai loro bozzoli. I bozzoli stellari sono fatti di gas: migliaia di questi bozzoli di gas siedono immersi in immensi vivai cosmici, che sono ricchi di gas e polvere. La regione centrale di quell'immagine di Hubble, racchiusa in quella che sembra una bolla, è così chiara e luminosa perché le stelle massicce all'interno hanno spazzato via la polvere e il gas da cui erano state forgiate. Maestosi stellari sono sparsi in tutta la Via Lattea e gli astronomi hanno avuto molto successo nel dispiegarli per capire come sono fatte le stelle.
Osservare i vivai sia qui a casa che nelle galassie relativamente vicine ha permesso agli astronomi di fare grandi passi nella comprensione della nascita stellare in generale: e, in particolare, ciò che rende un vivaio, o una regione di formazione stellare, "migliore" nel costruire stelle di un altro. La risposta sembra essere: quanto gas c'è in una particolare regione. Più gas, maggiore velocità di nascita delle stelle. Questa relazione tra la densità del gas e il tasso di nascita stellare si chiama legge Kennicutt-Schmidt. Nel 1959, l'astronomo olandese Maarten Schmidt sollevò la questione di come esattamente l'aumento della densità del gas influenza la nascita delle stelle, e quarant'anni dopo, in un'illustrazione di come i dialoghi scientifici possano durare decenni, il suo collega americano Robert Kennicutt usò i dati di 97 galassie per rispondergli .
Comprendere la legge Kennicutt-Schmidt è fondamentale per determinare come si formano le stelle e persino come si evolvono le galassie. Una domanda fondamentale è se esiste una regola che governa tutte le galassie o se una regola governa il nostro quartiere galattico, ma una regola diversa governa le galassie distanti. In particolare, una famiglia di galassie distanti conosciute come "galassie starburst" sembra contenere vivai particolarmente produttivi. Sezionare queste fabbriche stellari distanti e altamente efficienti significherebbe sondare le galassie come una volta, vicino all'inizio dell'Universo.
Inserisci GN20. GN20 è una delle galassie più brillanti e più produttive di queste starburst. Precedentemente un punto pixelato nelle immagini degli astronomi, GN20 è diventato un esempio di trasformazione della capacità tecnologica.
Nel dicembre 2014, un team internazionale di astronomi guidato dal Dr. Jacqueline Hodge del National Radio Astronomy Observatory negli Stati Uniti e composto da astronomi provenienti da Germania, Regno Unito, Francia e Austria, è stato in grado di costruire un quadro senza precedenti dettagliato del vivai stellari in GN20. I loro risultati sono stati pubblicati all'inizio di quest'anno.
La chiave è una tecnica chiamata interferometria: osservare un oggetto con molti telescopi e combinare le informazioni di tutti i telescopi per costruire un'immagine dettagliata. Il team del Dr. Hodge ha utilizzato alcuni degli interferometri più sofisticati al mondo: l'array Very Large Array (VLA) Karl G. Jansky nel deserto del New Mexico e l'interferometro Plateau de Bure (PdBI) a 2550 metri (8370 piedi) sul mare livello nelle Alpi francesi.
Con i dati di questi interferometri e del telescopio spaziale Hubble, hanno trasformato quello che era un punto nella seguente immagine composita:
Questa è un'immagine a falsi colori e ogni colore rappresenta un diverso componente della galassia. Il blu è la luce ultravioletta, catturata dal telescopio spaziale Hubble. Il verde è un gas molecolare freddo, ripreso dal VLA. E il rosso è polvere calda, riscaldata dalla formazione stellare che avvolge, rilevata dal PdBI.
La separazione di un pixel in molti ha permesso al team di determinare che i vivai in una galassia a starburst come GN20 sono fondamentalmente diversi da quelli di una galassia "normale" come la Via Lattea. Data la stessa quantità di gas, GN20 può sfornare ordini di grandezza più stelle rispetto alla Via Lattea. Non ha semplicemente più materia prima: è più efficiente nel modellarne le stelle.
Questo tipo di studio è attualmente unico nel caso estremo di GN20. Tuttavia, sarà più comune con la nuova generazione di interferometri, come l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
Situato a 5000 metri (16000 piedi) di altezza nelle Ande cilene, ALMA è pronto a trasformare la comprensione degli astronomi sulla nascita stellare. I telescopi all'avanguardia stanno permettendo agli astronomi di fare il tipo di scienza dettagliata con galassie distanti - antiche galassie del primo universo - che una volta si pensava fosse possibile solo per il nostro quartiere locale. Questo è cruciale nella ricerca scientifica di leggi fisiche universali, poiché gli astronomi sono in grado di testare le loro teorie oltre il nostro vicinato, attraverso lo spazio e indietro nel tempo.
